磁改性生物质炭渣对酸性矿山废水中Cu^(2+)、Pb^(2+)的吸附研究

针对酸性矿山废水(Acid Mine Drainage, AMD)中Cu^(2+)和Pb^(2+)含量过高,生物质炭渣吸附能力有限等问题,以工业固体废弃物生物质炭渣为原材料,采用高锰酸钾和硫酸亚铁对生物质炭渣进行磁改性,制备生物质炭渣负载MnFe_(2)O_(4)的复合磁性材料(BC-MF),并将BC-MF作为去除酸性矿山废水环境中Cu^(2+)和Pb^(2+)的吸附剂。基于单因素试验方法,探究pH值、温度、初始质量浓度、吸附时间、共存金属离子等因素对BC-MF吸附Cu^(2+)和Pb^(2+)性能的影响,并将吸附动力学、吸附热力学、吸附等温线与扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)、X射线衍射(X-ray Diffraction, XRD)、傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FT-IR)、磁滞回线测试(Vibrating Sample Magnetometer, VSM)、Zeta电位(Zeta potential)等表征方法结合,研究MnFe_(2)O_(4)磁改性生物质炭渣吸附Cu^(2+)、Pb^(2+)的机理。结果显示,改性后的BC-MF对Cu^(2+)和Pb^(2+)的去除率均提升20百分点以上,且吸附饱和质量比分别为18.04 mg/g和24.98 mg/g。表征结果显示:MnFe_(2)O_(4)磁性颗粒成功负载到BC-MF上,并使之具有磁性;BC-MF对Cu^(2+)和Pb^(2+)吸附过程均符合Langmuir等温吸附方程和准二级动力学模型,吸附过程是为化学吸附为主的单层均相吸附;热力学结果表明该吸附过程属于自发进行的熵增过程。

除铁减酸反应池处理酸性矿山废水的效果研究

通过对除铁减酸反应池(RIAUM)处理酸性矿山废水(AMD)的效果进行持续监测与系统采样分析,查明了RIAUM处理系统中AMD的pH、酸度、总铁以及亚铁等理化指标的变化规律,评估了RIAUM处理系统对不同理化指标的净化效果,探讨了RIAUM各单元的潜在除铁减酸机制。结果表明:RIAUM处理系统运行效果稳定,具有良好的除铁减酸能力,Fe平均去除率在94.00%以上,出水Fe浓度满足《煤炭工业污染物排放标准(GB 20426—2006)》的限值要求;酸度平均去除率为70.29%;此外,RIAUM对Mn、Pb、Cr、Cd、SO_(4)^(2-)均具有一定的去除效果,去除率分别为37.34%、61.65%、86.82%、39.42%、28.56%。RIAUM的潜在除铁减酸机制主要为:氧化沉淀反应单元通过化学氧化沉淀作用和帷幕吸附与过滤作用除铁;微生物反应单元可能存在“二元”Fe净化机制,即在表层水体中,除化学氧化作用外,微生物如铁氧化细菌介导催化了Fe(Ⅱ)的快速氧化沉淀,而在底层水体中则可能依靠硫酸盐还原菌等厌氧细菌介导的SO_(4)^(2-)的还原产生的S2-与水体中的Fe反应生成低溶解度的铁硫化物沉淀,但该作用机制还有待进一步研究证实;碱中和反应单元中,碳酸盐岩溶解能够中和酸度,提升水体pH值。除铁减酸反应池的成功应用将为酸性矿山废水的治理提供重要的理论指导和潜在的技术支撑。

酸性矿山废水中多种有价金属的高效分离

酸性矿山废水(AMD)中多种有价金属的高效分离回收,是重金属减排和资源化利用的关键。文章通过中和沉淀实验和静态吸附实验探究回收有价金属的最佳沉淀和吸附pH,成功开发了中和沉淀—离子交换—中和沉淀组合工艺,并应用于大宝山AMD的处理。结果表明,AMD在pH为3.00和9.80中和沉淀时,分别沉获64%的Fe_(2)O_(3)富铁渣和51%的Mn O富锰渣。采用离子交换树脂分别在pH 3.95和6.10条件下对AMD中的Cu和Zn进行吸附,得到质量浓度为Cu^(2+)11~26 g/L,Zn^(2+)10~20 g/L的两种解吸液。通过该组合工艺,AMD中的各金属Fe、Cu、Zn和Mn的回收率分别为:96%、81%、70%和60%,实现了有价金属的高效分离回收。若采用此工艺回收大宝山2000 m^(3)/d的AMD中的铜、锌、锰硫酸盐,每年的利润为119万元,经济效益非常显著。此处理工艺为酸性矿山废水的高效资源化利用提供了新路径。

酸性矿山废水对钠基膨润土渗透性的影响

钠基膨润土在环境岩土工程中被广泛应用,是垂直阻隔墙等防渗屏障的主要防渗材料。本文通过沉淀试验、自由膨胀试验和改进滤失试验对比了4种钠基膨润土在酸性矿山废水中的分散性、膨胀性和渗透性的差异。其中,改进滤失试验探究了滤失压力和酸性废水浓度对膨润土渗透系数的影响,钠基膨润土在酸性废水中的渗透系数相比去离子水中提高了2~3个数量级,而在50~150kPa范围内,渗透系数随滤失压力的提高逐渐降低,但提高滤失压力仍不足以抵消酸性废水的劣化作用。本文通过扫描电镜试验、X射线衍射试验和滤出液化学成分测试探究了酸性废水对钠基膨润土的劣化机理,得到结论:酸性废水对钠基膨润土的劣化作用包括离子交换和矿物溶解。其中,离子交换主要为酸性废水中三价阳离子(Fe3+为主)置换膨润土蒙脱石中一价阳离子(Na+为主)的过程;矿物溶解主要是酸性废水的强酸性导致蒙脱石中的Na被转化为离子的形式而使蒙脱石结构发生破坏的现象。通过对比4种钠基膨润土的微观试验结果得到了4种钠基膨润土的劣化机理差异,并归纳了影响劣化作用差异的关键因素。

钢渣去除酸性矿山废水中硫酸盐的机理研究

我国酸性矿山废水(AMD)中硫酸盐含量普遍较高,寻找一种有效去除废水中硫酸盐的方法,对于酸性矿山废水的治理具有重要意义.鉴于转炉钢渣处理AMD具有较好的应用前景,本文采用单因素实验方法分析了硫酸盐在钢渣处理AMD中的去除效果及机理,结果表明钢渣粒度、废水pH值、固液比、硫酸盐浓度会影响硫酸盐去除效率.当钢渣粒径小于75μm,体系pH为2,固液比为70 g·L^(-1)时,初始硫酸盐质量浓度为2000 mg·L^(-1)时,硫酸盐的去除率最高为79.15%,吸附量分为36.79 mg·g^(-1);动力学分析及机理分析表明,硫酸盐的去除符合准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型,钢渣与硫酸盐间的作用以多层化学吸附为主,同时伴随化学沉淀、静电吸附和表面络合作用.

某酸性矿山废水综合治理试验研究

针对某有色金属矿山周边酸性矿山废水存在环境污染隐患问题,进行了除铁、硫化收铜、中和处理试验研究。结果表明:该酸性矿山废水采用混合除铁收铜—中和处理后,污染物达到GB 8979—1996《污水综合排放标准》一级标准要求,产生的中和渣浸出毒性能够满足一般工业固体废物要求,铜渣铜品位可达到35%以上,铜综合回收率可达93.9%。

磷酸钾改性秸秆生物炭高效去除酸性矿山废水中的镉

目的:磷酸盐改性被认为是提高秸秆生物炭(RBC)去除酸性矿山废水中Cd(Ⅱ)性能的潜在策略,本研究采用磷酸钾对水稻秸秆生物炭(KRBC)进行改性,以提高其对酸性矿山废水中Cd(Ⅱ)的吸附性能。方法:采用批量吸附试验探究溶液初始pH、共存离子、腐殖酸浓度、吸附时间及Cd(Ⅱ)初始浓度对吸附剂去除Cd(Ⅱ)影响,并调查改性生物炭对Cd(Ⅱ)去除的潜在机理。结果:吸附试验表明在溶液pH为5.0~7.0时,KRBC对水溶液中Cd(Ⅱ)具有较好去除性能。此外,共存离子K^(+)、Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、NO-3和SiO_(3)^(2-)对RBC和KRBC去除Cd(Ⅱ)没有影响,而PO_(4)^(3-)、CO_(3)^(2-)及腐殖酸对去除Cd(Ⅱ)具有促进作用。拟二阶动力学模型和Langmuir模型可以更好地描述Cd(Ⅱ)的吸附过程。RBC和KRBC对Cd(Ⅱ)的最大吸附能力分别为57.93 mg/g和159.46 mg/g。潜在的去除机理包括络合、静电作用、阳离子-π相互作用及共沉淀。在经过三次再生性试验后,RBC和KRBC对50 mg/L的Cd(Ⅱ)去除率分别为20.18%和86.75%。结论:以上结果表明磷酸钾改性生物炭在去除酸性矿山废水中的Cd(Ⅱ)具有更大的潜力。

酸性矿山废水重金属处理技术研究进展

为了充分调研酸性矿山废水中重金属的处理技术研究现状,介绍了酸性矿山废水的3个来源及危害,对比分析了物理法、化学沉淀法、生物法、人工湿地法去除酸性矿山废水中重金属的优缺点。通过调研发现单一技术很难将重金属处理达标,因此未来学者可着重开发处理效果好、成本低的组合工艺,以提高工程应用价值。

PRB处理酸性矿山废水的地球化学反应模拟研究

随着工业的迅速发展,矿产资源的需求也随之增加,采矿过程中产生的酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)对周围环境具有严重危害性,可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier,PRB)通过下放置反应材料,利用自然水力梯度拦截污染羽流,该技术已成为有效处理AMD的手段之一。为研究PRB内化学反应堵塞对其处理效果的影响,搭建了规模为60 cm×15 cm×20 cm的箱体装置,模拟石灰石PRB处理AMD的过程;基于箱体实验得到的数据,并利用化学反应输运模型理论开发了一种新的地球化学算法,来描述PRB处理AMD过程中可能会发生的化学反应,最后通过MODFLOW和RT3D的耦合模拟并预测PRB有效处理污染物质的最大寿命。结果表明:①有效地模拟出了PRB中石灰石的酸性中和能力及其对酸性废水中总铁、Al^(3+)的去除效果,并且很好地反映出PRB系统的化学堵塞过程;②模拟结果与实测值吻合程度较好。进口区域、中间区域以及出口区域3个不同位置处出水的pH实测值与预测值的最大误差分别为0.38、0.30和0.29,总铁质量浓度实测值与预测值的最大误差分别为1.570、0.102和0.124 mg/L,Al^(3+)质量浓度实测值与预测值的最大误差分别为1.010、0.374和0.160 mg/L;③预测结果表明,该实验室规模的PRB装置在前30 d出水中的总铁和Al^(3+)质量浓度最低,去除效果最好,且去除能力随着时间逐渐减弱。参照地下水质量标准限制,判断出该石灰石PRB能够有效处理总铁的最大寿命为132 d,有效处理Al^(3+)的最大寿命为63 d。

酸性矿山废水(AMD)中和渣对As吸附机制研究

利用中和渣富含铁次生矿物的特性,探究其作为吸附材料对废水中As的处理效果及机制,对中和渣的资源化处理处置具有重要的实际指导意义。以石灰乳一段中和渣(一段渣)、二段中和渣(二段渣)、石灰中和渣(石灰渣)和石灰石中和渣(石灰石渣)4种废弃物为吸附材料,采用吸附实验辅以ICP、XRD、FTIR等光谱表征技术研究其对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附特性及机制以期实现以废治污。研究结果表明,4种中和渣对As(Ⅴ)的吸附效果优于As(Ⅲ),石灰石渣对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的拟合最大吸附量高于其他3种中和渣,分别为3.859 mg/g和4.988 mg/g。4种中和渣对As(Ⅲ)的吸附更符合准二级动力学和Freundlich模型,石灰石和石灰渣对As(Ⅴ)的吸附更符合Langmuir模型,吸附过程主要受化学吸附影响。中和渣对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的主要吸附机制为As(Ⅲ)和As(Ⅴ)与铁(氢)氧化物表面羟基官能团的表面络合和配位作用及铁矿物相转变过程中的络合和共沉淀作用。此外,石灰石、石灰和一段渣中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)与铁结合形成新的含砷铁羟基硫酸矿物也是As固定的重要机制。

硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的研究进展

国内外常用的酸性矿山废水AMD的物理和化学修处理技术存在多种缺点,以硫酸盐还原菌(SRB)为主导的微生物法具有成本低、效果好及环境友好的优势,成为研究热点。文章对AMD的形成和危害进行了简要介绍,对比了常用的AMD处理技术的优缺点,重点阐述了利用SRB处理AMD的研究进展。总结了SRB处理AMD的机理、受到的影响因素和SRB固定化的方法与现状,对SRB处理AMD的未来研究趋势进行了总结和展望。

酸性矿山废水中表面钝化技术的研究进展

酸性矿山废水(AMD)是最为严重的环境污染之一,主要由黄铁矿氧化引起。AMD的治理主要有末端处理和源头控制两条途径,末端处理技术不能从根本上解决污染问题,因此从源头控制黄铁矿的氧化是治理AMD的根本途径。源头控制技术主要有覆盖法、杀菌法和表面钝化法等,表面钝化法是目前科研工作者的研究热点。在介绍AMD成因的基础上,综述了各种表面钝化技术。重点概述了有机硅烷、载体-微胶囊化、自修复等技术的研究现状,分析了不同方法的优缺点,并针对其不足之处提出了今后的研究方向。为解决黄铁矿氧化问题、实现AMD污染的有效治理提供参考。

电絮凝处理酸性矿山废水及响应面优化

通过铁和铝电极材料的对比,选择铝极板作为电极材料,研究极板间距、电流密度、反应时间及废水pH对电絮凝法处理酸性矿山废水的影响。结果表明,当废水中Fe^(2)+、Cu^(2+)和Zn^(2+)的初始质量浓度分别为295.1、18.3、8.2 mg L时,极板间距10 mm、电流密度20 mA cm 2、废水pH=5.0的条件下,反应40 min后,Fe^(2)+、Cu^(2+)和Zn^(2+)的去除效率分别达到了90.8%、96.5%和96.8%,反应后废水的pH可达到6.7。在单因素试验的基础上,以电絮凝中Fe^(2)+、Cu^(2+)和Zn^(2+)的去除率的最大值,以及出水pH最大值为评价指标,通过响应曲面法建立模型分析拟合得出优化条件并重复3次试验加以验证。结果表明,在电流密度21 mA cm^(2)、反应时间35 min、极板间距10 mm时,对Fe^(2)+、Cu^(2+)和Zn^(2+)的平均去除率分别为87.02%、93.91%和94.63%,平均pH为6.13,该模型能够较好预测电絮凝对酸性矿山废水的处理效果。絮凝体SEM-EDS检测分析证明Fe、Cu、Zn等重金属可有效从废水中去除。

剩余污泥裂解灰陶粒吸附酸性矿山废水中Zn^(2+)、Cu^(2+)、Pb^(2+)性能及机理

以剩余污泥裂解灰为主要原材料,按照剩余污泥裂解灰∶膨润土∶淀粉为6∶3∶1的比例混合,经过造粒、熟化、干燥,最后于1050℃氮气气氛下煅烧60 min制备多孔陶瓷颗粒。采用SEM-EDS、XRD表征陶粒吸附酸性矿山废水中Zn^(2+)、Cu^(2+)、Pb^(2+)前后的微观形貌、元素变化及晶体结构。结果表明,所制备陶粒表面粗糙,具有大量孔隙结构。当陶粒投加量为3 g,初始pH=3.2,反应时间24 h时,制备的剩余污泥裂解灰陶粒对于Zn^(2+)、Cu^(2+)、Pb^(2+)去除率分别达到99.20%、85.10%、96.27%。初始pH为中性时陶粒吸附效果优于酸性条件。陶粒对于Cu^(2+)、Pb^(2+)的吸附过程符合准二级动力学模型,以离子交换为主;对于Zn^(2+),准一级与准二级动力学模型均能较好拟合,物理吸附与化学吸附发挥同等重要作用。陶粒吸附过程均符合Freundlich等温模型,对于Cu^(2+)的吸附主要发生在非均相活性位点,对于Zn^(2+)和Pb^(2+)的吸附既可以发生在均相单层也可以发生在非均相活性位点。利用剩余污泥裂解灰制备多孔陶瓷颗粒,不仅可以用于酸性矿山废水中处理重金属离子,还能解决污泥处置的问题,达到以废治污的目的。

酸性矿山废水去除重金属试验研究

矿产资源生产过程中产生大量酸性矿山废水,其酸性强、硫酸盐含量高,且重金属离子种类多,易造成环境污染。试验采用生物炭吸附—沉淀法去除酸性矿山废水中重金属离子,生物炭以玉米秸秆为原料,在600℃下热解制成,考察了其对酸性矿山废水中铜去除的影响,以及生物炭吸附剂脱附再生后的吸附能力;之后采用沉淀法去除其他重金属,处理后废水中各污染物达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级排放标准要求。

酸性矿山废水中FA-Sb胶体的形成研究

为探究酸性矿山废水(AMD)中天然有机质(NOM)和锑(Sb)形成胶体的机制,本文采用富里酸(FA)作为代表性NOM与Sb(Ⅲ)反应,研究在此过程中FA-Sb胶体的形成情况。本研究通过室内模拟实验研究了不同初始C_((FA))/Sb条件下FA-Sb胶体的形成过程,并采用X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对FA-Sb胶体进行了表征。实验结果表明,FA可显著促进Sb与FA形成颗粒态与胶体态;初始摩尔C_((FA))/Sb越高,FA-Sb胶体的产生量越大,Zeta电位越低,颗粒粒径越小。在此过程中,FA含有的羟基等含氧官能团促进了FA-Sb胶体的形成,FA带有的负电促进了FA-Sb胶体的稳定。AMD中的少量Sb(Ⅲ)可能被FA在光照条件下产生的活性氧化物种氧化,且Sb(Ⅲ)的氧化率随C_((FA))/Sb比(0~2000)的增加而逐渐增大。该研究结果从胶体地球化学角度揭示了AMD中FA与Sb之间的相互作用关系,为深入认识AMD中Sb的地球化学行为提供了一定见解。

酸性矿山废水治理技术研究进展

酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)酸性强,富含重金属离子和硫酸盐,若处理不当将严重危害土壤环境和人体健康,是矿山环境修复工作中亟需解决的问题。首先介绍了AMD的来源与危害;然后概述了AMD源头控制技术和末端治理技术的研究现状,总结并比较了覆盖法、中和法、表面钝化法、杀菌法等源头控制技术与离子交换法、膜分离法、吸附法、中和沉淀法、微生物法、人工湿地法等末端治理技术的优缺点,并就成本高、易造成二次污染等问题提出了今后的重点研究方向应兼顾经济效益和环境效益,综合源头控制技术与末端治理技术的优点,以更好地进行AMD治理;最后从新型处理技术研发、治理理念转变、“废物”资源化利用3个角度展望了AMD治理技术的发展趋势,旨在为AMD治理技术应用于工程实践探索新途径。

硫酸盐还原活性污泥矿化固定酸性矿山废水中的镉

为了实现硫酸盐生物还原法处理酸性矿山废水(AMD)中镉(Cd)的稳定去除,受自然界硫酸盐还原菌诱导的生物矿化现象启发,以驯化的硫酸盐还原活性污泥为种泥,在上流式厌氧反应器内,通过维持进水浓度比COD/SO_(4)^(2-)=2∶1、水力停留时间(HRT)=72h实现了AMD中Cd的稳定矿化,其固化率为100%,且连续36d未见Cd^(2+)的溶出;污泥特性分析表明,硫酸盐还原产生的S2−将废水中的Cd^(2+)转移至污泥中,污泥中的Cd则逐步从不稳定态(可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态、硫化物结合态)向稳定态(残渣态)转化,并在污泥表面形成大量离群的微米级镉硫矿;微生物群落结构分析表明,反应器中Desulfovibrio、Desulfuromonas、Acinetobacter、Delftia等丰度明显增加,推测协同代谢实现了Cd的稳定矿化。由此表明,硫酸盐还原活性污泥可通过矿化实现AMD中Cd的稳定去除,为AMD的高效处理及资源回收提供了新思路。

酸性矿山废水环境中重金属的污染特征和机制

酸性矿山废水(AMD)是矿区中常见的环境污染问题。论文以石人嶂矿区为研究对象,分析了AMD水体的污染特征、沉积物中重金属的形态及其释放风险,研究结果表明,该矿区AMD中存在以As、Zn、Cu和Fe为主的多金属复合污染。沉积物中的次生铁矿物能够固定水体中的重金属,且其固定As的能力强于Zn、Cu和Cd。在pH<3时,次生铁矿物为黄钾铁矾、砷铁石等结晶度强的铁矿物,沉积物中的重金属主要呈晶型铁结合态和残渣态,重金属的稳定性强;而在pH>3时,次生铁矿物为施氏矿物、四方水铁矿等结晶度差的铁矿物,沉积物中重金属的形态主要为表面吸附态和弱结晶铁结合态,重金属的稳定性相对较低。另外,pH>3的沉积物中含有相对丰度较高的铁还原菌,它们可能会诱导次生铁矿物相转化和重金属迁移。研究结果对厘清AMD环境中重金属的地球化学行为有重要意义。

共存阳离子对含锰酸性矿山废水化学中和处理过程的影响

文章采用化学中和法处理模拟酸性矿山废水(acidminedrainage,AMD),探究共存离子Fe^(2+)、Mg^(2+)和Al^(3+)在曝气搅拌和机械搅拌2种条件下对锰的去除率及其固相产物的影响.结果表明:3种共存离子对锰的去除均具有一定的促进作用;其中Al^(3+)的作用最显著,但Al^(3+)及其产物对锰离子的氧化有抑制作用;Al^(3+)、Fe^(2+)的存在会降低固相产物中锰元素的质量比并影响沉积物组成,不利于后续回收处理.研究结果可为化学中和除锰工艺优化及固相产物回收利用研究提供参考.